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    ST賦能運動控制/智能工業

    —— ST的運動控制、通信和傳感方案讓工廠更智能
    作者:王瑩時間:2018-07-11來源:電子產品世界收藏

      近日,ST公司Power Discretes及Analog Sub產品部的市場及應用資深總監Francesco Muggeri來京,介紹了面向智能工業的解決方案。

    本文引用地址:http://www.09140960.com/article/201807/383116.htm

     智能工業需要元器件支撐

      當前,我們正面臨從工業到智能工業的變革,第四次工業革命的特點是使用網絡物理系統、通信、物聯網和采用分散式的決策,需要更多智能和意識,更高效,有更多連接,更安全。

      ST豐富的產品提供所有關鍵應用的核心。例如有電機控制所用的系統級封裝(SiP)電機驅動器和配備MCU的電機驅動器,工業機器人用柵極驅動器,工廠自動化用電流隔離IPS(智能電源開關)和完全完整性等級IPS,過程控制用IO-Link芯片和射頻sub-GHz芯片,傳感器方面有環境傳感器和IMU(慣性運動單元)等。

      總之,ST擁有逾 30 年的工業應用開發經驗;具有深入的應用知識,有助于優化產品和系統級解決方案;有行業領先的創新技術,提供廣泛的產品系列,產品包括傳感器、信號調理、通信IC、MCU(微控制器)、電機控制和執行、電源管理等。

      ST元器件總的發展方向是,在 “摩爾定律”小型化方面,ST芯片的線寬特征尺寸不斷縮小;在“超越摩爾定律”的多元化方面,ST有CMOS、BCD、MEMS、功率晶體管、分立式二極管等工藝/產品。二者結合,公司可推出高附加值的SoC和SiP解決方案。

      例如在SiP方面,可把MCU、電氣隔離、電機控制、功率晶體管等組合起來,集成在標準尺寸的封裝中。ST的一大自豪創舉是集成了功率晶體管和電機控制的powerSTEP芯片,功率密度可高達500W/cm2!

      智能工業的應用五花八門,涵蓋預測性維護、封裝、智能農業、健身設備、車床工具、物流等,具體應用琳瑯滿目,諸如:自動識別缺陷、驅動器微型化、遠程維護、預測性維護、遠程監控、自動優化、識別和保護工具等。

      它們所需要的技術也很多,諸如質量控制圖像傳感器、電機的集成控制、連接性(有助于實現雙向數據記錄)、板載集成接近傳感器、慣性和環境傳感器、有線或無線分布式執行器、SoC(控制和電源)、用于步進電機的智能微執行器等。

      但是萬變不離其宗,離不開MCU、電機控制、電氣隔離、功率晶體管、傳感器等。在此,Francesco Muggeri先生主要介紹了ST的三大類芯片的最新動向:運動控制與功率,通信,傳感。

      運動控制與功率

      ST有功率晶體管、電機控制和MCU組合。

      其中,STSPIN系列是緊湊、高效、可靠的電機驅動器,有系列產品:STSPIN800系列適合3D 打印、舞臺照明;STSPIN200系列適合電子氣門和電子門鎖;STSPIN32系列適合機械臂、 電動工具、工業自動化和控制。

      明星產品有STSPIN233和STSPIN830。前者的集成度更高,工作電壓范圍更大,并有全套保護功能。后者的尺寸小、重量輕,能夠平穩、安靜地運動,效率更高,可靠性強,具有多功能控制。

      圖:用STSPIN電機做成的3D打印機,正在打印一個外部光滑的小火箭殼

      片上電氣隔離方面,ST有各種組合方案,用于傳感器、接口、運動控制、電源管理。ST的獨特之處:一是有異構集成的系統級封裝(SiP),可以提高系統穩健性、安全性和可靠性;另外有磁隔離柵極驅動器,符合UL(美國保險商實驗室)、IEC(國際電工委員會)和DVE(德國電器電子協會)的標準規范。

      柵極驅動方面主要有STDrive系列柵極驅動器,可用于電動/混合汽車、1200V逆變器、服務器或UPS、壓縮機、太陽能設備等。新產品有STGAP2S和STGAP2D,具有電氣隔離、高集成度、全套保護功能;PWD5F60具有極高的瞬態抗擾性,和高的電流能力、高效率,具有緊湊型設計和快速開關頻率。

      適用于工廠自動化的電源設備方面,ST有可靠性高、緊湊、成本效益高的功率分立器件。其中IGBT用于太陽能和工業泵等;IPM- SLLIMM用于工廠自動化和工業空調等;Acepack系列功率模塊,可用于機械臂、工業用驅動器、工業自動化和控制等。新產品有SLLIMM,具有多種技術集成,產品種類豐富,高結溫(175℃);另一系列ACEPACK的特點是尺寸更小、緊湊,具有靈活性和可擴展性,高效率,可提高設備可靠性和生命周期。

      通信

      特點是可用智能化的方式連接和驅動工業傳感器和執行器。

      ST的L6360和L6362A,符合IO-Link規范,用于數字傳感器和執行器的驅動器,還可用于可編程邏輯控制器(PLC)的I/O(輸入/輸出)。L6362A的特點是:1.用于IO-Link的主機和設備,以及通用型收發器。2.簡單且兼容(通用):無需特殊電纜,與現有的網絡完全兼容,無需現場總線;3.高功能型:高性能過程數據傳輸,自動參數設置和擴展診斷。4.提供錯誤檢測和校正功能,輕松處理。

      智能功率開關(IPS),諸如ST的IPS160H,主要用于PLC,還有工廠自動化I/O外設,計算機數控(CNC)機床,各類電阻負載、電感負載和容性負載等。PS160H的特點是:1.是單個上橋臂開關,具有面向安全完整性等級 (SIL2和SIL3)兼容系統的保護和診斷功能。2.工作電源電壓范圍高達60V,專門設計用于滿足安全完整性等級系統的應用要求。3.具有自我保護和負載安全操作,并提供擴展的診斷信號,以實現各種應用控制。

      在用于工廠自動化的通信解決方案方面,ST有驅動、連接和接口三類產品。契合的三類產品:1.支持IO-Link的系列產品,可用于工業傳感器、過程控制。2. IPS系列,可用于可編程邏輯控制、工業PC外設I/O、數控機床、適用于各類負載的驅動器。3.支持KNX協議的產品可用于智能樓宇。新產品方面,IPS4260的工作電壓范圍大,兼容多重標準,具有全套保護功能,支持多項工業標準。STKNX01可減少功耗,有廣泛的診斷功能,具有緊湊型設計,采用磁隔離。

      無線連接/RF方面,有超低功耗藍牙和sub-GHz無線傳輸,連接測量儀表、傳感器至云端。

      在工廠自動化的IO-Link方面,用于PLC的解決方案如下圖,可實現IO-Link的分布式傳感器節點連接。

      此外,使用KNX協議的雙絞線收發器IC較適用于智能家居連接。

      傳感

      ST高精度的運動傳感器將出色的精度、穩健性和10年使用壽命融于一體,符合工業4.0要求。

      加速度計和傳感器相互契合,可進行震動監控、振動控制、環境感應(壓力、濕度和溫度應用),可用于機械臂、預測性維護、工業自動化和控制等。

      具體地,新的IIS3DWB的關鍵特性與優勢是:有3D軸–16g滿標范圍,數字輸出,超寬帶寬(最小5k Hz),超低噪音,工作溫度高達105℃。另一LIS2DW12的特點是:更低的功耗,在不同時間和溫度條件下保持穩定性,尺寸小、易于組裝,高性能、高精度。

      根據客戶的需求,ST可提供強大的產品組合,可隨時連接。典型的集成產品,諸如ISM330DLC 6x IMU(慣性測量單元),具有寬帶寬。IIS2DH加速度計的特點是寬帶寬、超低功耗。IIS2MDC磁力計是低噪音、 低功耗。

    預測性維護的應用案例

      典型的使用案例是預測性維護,采用了傳感、通信、MCU等產品,ST有評估板STEVAL-IDP005V1作為基準平臺,用于感測機械振動、溫度、電磁等工況,以發現異常,如下圖。

      下圖是現場演示的電機預測性維護實例及開發板(紅色圓圈內)。

      小結

      ST有面向智能工業的系列新品,包括運動控制與功率、通信和傳感技術三大類。此外,ST具有深入的系統和應用知識,并能為客戶提供全方位的評估和生態系統工具,以幫助客戶縮短產品面世時間。

      那么,講了這么多,最該記住哪三樣產品呢?1.馬達驅動類的STSPIN830;2.通訊類的IO-Link方案;3.集成了傳感器模組、通信芯片、MCU等的評估板——STEVAL-IDP005V1。

      圖:基于STM32 MCU的手電鉆開發板

      圖:Speedy Board 2.0開發板,可用于3D打印機



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